生体分子中の電子移動とプロトン移動の微視的理論とシミュレーション

生物分子中电子和质子转移的微观理论与模拟

• 批准号: 18031021
• 负责人: 安藤 耕司
• 金额: $ 3.46万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18031021/
• 关键词: 生体分子; エネルギー変換; 電子移動; 励起状態ダイナミクス; プロトン輸送; 理論化学; 量子動力学; 非断熱遷移; 金属蛋白質; 光反応

タイプIに属する電子伝達銅タンパク質であるプラストシアニンについて、非経験的分子軌道計算と分子動力学シミュレーションを組み合わせた微視的解析を行い、近年報告された超高速ポンプ・プローブ分光と共鳴ラマン散乱の実験結果と比較しながら議論した。結果を要約すると、(1)Cu-S(Cys)結合伸縮、N(His)-Cu-N(His)変角振動、およびS(Cys)-Cu-N(His)2ピラミッド構造の屈曲運動の3つの分子運動が、基底状態から配位子金属間電荷移動(LMCT)励起状態への励起に最も強く結合する。(2)LMCT状態と基底状態の間のエネルギーギャップは、平均において約8kcal/molよりも近付くことはなく、光励起状態からの失活は、まずd-d励起状態とその下の第一励起状態を経てから、基底状態へ緩和すると予想される。これは、超高速ポンプ・プローブ分光から示唆された結果と整合している。(3)上記の第一回目のポテンシャル交差の後、約500フェムト秒でコヒーレントな回帰が見られ、再度交差点に近づく。この動力学的振舞いは、Cu-S(Cys)結合の開裂とそれに伴うN(His)-Cu-N(His)構造の反作用的応答と最もよく相関する。(4)約500フェムト秒以後は、エネルギーギャップの動力学は乱雑化され、統計平均後には平坦な経時変化を示す。しかしながら、平均化される前の個々の軌道には、ポテンシャル交差を引き起すに十分な大きさの揺らぎが見られる。すなわち、この時間領域では、ランダムな熱的揺らぎによって失活が起こることが示唆される。

塑素是一种属于I型的电子转移的铜蛋白，是结合了非经验分子轨道计算和分子动力学模拟的显微镜分析，并在将其与最近几年报道的超快泵室光谱和谐振拉曼散射的实验结果进行比较时进行了讨论。总而言之，三个分子运动，（1）Cu-s（Cys）键拉伸，n（His）-cu-n（His） - 含量振荡和s（cys）-cu-n（his）2金字塔结构的屈曲运动，最有很强的束缚，从地面状态到ligand Intermetal intermetal tecteral toct toct toctition toctition coptiation to coptiation。 （2）LMCT状态和基态之间的能量差距平均不近约8kcal/mol，并且预计光激发状态的停用态度将首先通过D-D激发态和下方的第一个激发状态，然后再放松至地面状态。这与超高速度泵探针光谱法建议的结果一致。 （3）在上面的第一个电势交叉之后，在大约500秒秒内看到了相干回归，并再次接近交点。这种动力学行为与Cu-S（Cys）键的裂解以及N（His）-Cu-N（他）结构的相关反应响应最为相关。 （4）在大约500个飞秒之后，能量差距的动力学杂乱无章，在统计平均值之后，它显示了随时间变化的平坦变化。但是，平均之前的个体轨迹具有足够的大小诱导潜在穿越的波动。也就是说，由于在这个时代域，由于随机的热波动而发生灭活。

项目成果

Semiquantal analysis of hydrogen bond

氢键的半定量分析

• 发表时间: 2006
• 期刊: The Journal of Chemical Physics 125
• 作者: H.;Takahashi,N. Matubayasi・M.;Nakano;安藤耕司;安藤 耕司
• 通讯作者: 安藤 耕司

Ligand-to-metal charge-transfer dynamics in a blue copper protein plastocyanin: A molecular dynamics study

• DOI: 10.1021/jp074822v
• 发表时间: 2008-01-17
• 期刊: JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B
• 影响因子: 3.3
• 作者: Ando, Koji

Ligand-to-metal charge transfer dynamics in blue copper protein: A molecular dynamics study

蓝铜蛋白中配体到金属的电荷转移动力学：分子动力学研究

• 发表时间: 2008
• 作者: H.;Takahashi,N. Matubayasi・M.;Nakano;安藤耕司;安藤 耕司;安藤耕司
• 通讯作者: 安藤耕司